JPH1027839A - ウェハの回転方向検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハステージの回転機構を用いずに、ウェ
ハの回転方向を検出する。 【解決手段】 被測定ウェハ表面の一部の撮像領域の画
像を取り込み、その画像に含まれる直線部分を分析する
ことによって、被測定ウェハが取り得る回転角度とし
て、互いに９０度の整数倍異なる４つの等価回転角度を
決定する。また、画像に対してテンプレート画像を用い
たパターンマッチングを行なうことによってマッチング
パターンを検出し、マッチングパターンの方向に基づい
て４つの等価回転角度の中から１つを選択する。この選
択された等価回転角度から被測定ウェハの回転方向を決
定する。基準ウェハと被測定ウェハの回転角度から、両
者の相対的な回転角度を決定することができる。あるい
は、被測定ウェハ内で複数箇所でパターンマッチングを
行い、複数のマッチングパターンの基準点を連結する連
結方向から、被測定ウェハの回転角度を決定することも
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェハの
回転方向を検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハは、その製造工程において
種々の装置によって処理される。装置によっては、ウェ
ハの回転方向（オリエンテーション）を認識する必要が
ある。例えば、ウェハの膜厚測定装置では、測定時にウ
ェハ上の所定の測定ポイントに光学ヘッドを移動させ
る。このため、まず、ウェハの回転方向を検出し、この
回転方向に応じて位置合わせ処理（アラインメント処
理）が行なわれる。

【０００３】ウェハの回転方向を検出するための従来の
技術としては、例えば本出願人により開示された特開平
８−２３０２３号公報に記載されたものがある。この技
術では、ウェハのステージを回転させる機構を設け、ウ
ェハを回転させながら、ウェハ外周にあるノッチやオリ
エンテーションフラットの位置をセンサによって検出し
ている。そして、検出した位置が、所定の位置になるよ
うにステージを回転させることによってウェハの回転方
向を補正する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によっ
ても、半導体ウェハの回転方向を検出することは可能で
ある。しかし、この技術では、ウェハを回転させる動作
が必要になるため、時間が掛かり、また、ウェハステー
ジの回転機構を有する装置にしか適用できないという問
題があった。

【０００５】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、ウェハステージ
の回転機構を用いずに、ウェハの回転方向を検出するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、第１の発明
は、ウェハの回転方向を検出する方法であって、（ａ）
画像のパターンマッチングに用いるテンプレート画像を
準備する工程と、（ｂ）被測定ウェハ表面の一部の撮像
領域の画像を取り込む工程と、（ｃ）前記画像に含まれ
る直線部分を分析することによって、前記被測定ウェハ
が取り得る回転角度として、互いに９０度の整数倍異な
る４つの等価回転角度を決定する工程と、（ｄ）前記画
像に対して前記テンプレート画像を用いたパターンマッ
チングを行なうことによってマッチングパターンを検出
し、前記マッチングパターンの方向に基づいて前記４つ
の等価回転角度の中から１つを選択する工程と、（ｅ）
前記選択された等価回転角度から前記被測定ウェハの回
転方向を決定する工程と、を備えることを特徴とする。

【０００７】第１の発明においては、画像に含まれる直
線部分から４つの等価回転角度を決定する処理と、パタ
ーンマッチングを行うことによって４つの等価回転角度
から１つを選択する処理は、いずれも画像処理によって
行うことができる。従って、回転機構を用いずに、ウェ
ハの回転方向を検出することができる。

【０００８】上記第１の発明において、前記工程（ａ）
は、（１）基準ウェハ表面の一部の撮像領域の画像を取
り込む工程と、（２）前記画像に含まれる直線部分を分
析することによって、前記基準ウェハが取り得る回転角
度として、互いに９０度の整数倍異なる４つの等価回転
角度を決定する工程と、（３）前記画像の一部からテン
プレート画像を抽出する工程と、（４）前記テンプレー
ト画像の向きとの関連から、前記４つの等価回転角度の
中から１つを選択する工程と、を備え、前記工程（ｅ）
は、前記基準ウェハに対して選択された等価回転角度
と、前記被測定ウェハに対して選択された等価回転角度
との差を求めることによって、前記基準ウェハに対する
前記被測定ウェハの相対的な回転角度を決定する工程、
を含む、ことが好ましい。

【０００９】こうすれば、基準ウェハと被測定ウェハの
相対的な回転角度を決定することができる。

【００１０】第２の発明は、ウェハの回転方向を検出す
る方法であって、（ａ）画像のパターンマッチングに用
いるテンプレート画像を準備する工程と、（ｂ）被測定
ウェハ表面の一部の第１の撮像領域の第１の画像を取り
込む工程と、（ｃ）前記第１の画像に含まれる直線部分
を分析することによって、前記被測定ウェハが取り得る
回転角度として、互いに９０度の整数倍異なる４つの等
価回転角度を決定する工程と、（ｄ）前記第１の画像に
対して前記テンプレート画像を用いたパターンマッチン
グを行なうことによってマッチングパターンを検出する
とともに、前記マッチングパターンの方向に基づいて前
記４つの等価回転角度の中から１つを選択する工程と、
（ｅ）選択された等価回転角度に基づいて前記第１の撮
像領域から所定の検索方向を特定し、前記検索方向に沿
った所定の位置に存在する少なくとも他の１つの撮像領
域を特定するとともに、特定された各撮像領域の画像を
取り込む工程と、（ｆ）前記各撮像領域の画像に対して
前記テンプレート画像を用いたパターンマッチングを行
なってマッチングパターンをそれぞれ検出する工程と、
（ｇ）前記検索方向に沿った前記第１の撮像領域を含む
複数の撮像領域のそれぞれにおいて検出されたマッチン
グパターンの所定の基準位置を互いに結ぶ第１の連結方
向を求め、前記第１の連結方向から前記被測定ウェハの
回転方向を決定する工程と、を備えることを特徴とす
る。

【００１１】第２の発明においては画像処理によって複
数のマッチングパターンを求め、複数のマッチングパタ
ーンの基準位置を結ぶ連結方向に基づいてウェハの回転
方向が決定される。従って、回転機構を用いずに、ウェ
ハの回転方向を検出することができる。また、連結方向
は、複数のマッチングパターンの基準位置から正確に決
定されるので、ウェハの回転方向を比較的高精度に検出
することができる。

【００１２】上記第２の発明において、前記工程（ａ）
は、（１）基準ウェハ表面の一部の第２の撮像領域の第
２の画像を取り込む工程と、（２）前記第２の画像に含
まれる直線部分を分析することによって、前記基準ウェ
ハが取り得る回転角度として、互いに９０度の整数倍異
なる４つの等価回転角度を決定する工程と、（３）前記
第２の画像の一部から前記テンプレート画像を抽出する
工程と、（４）前記テンプレート画像の向きとの関連か
ら、前記４つの等価回転角度の中から１つを選択する工
程と、（５）選択された等価回転角度に基づいて、前記
第２の撮像領域から所定の検索方向を特定し、前記検索
方向に沿った所定の位置に存在する少なくとも他の１つ
の撮像領域を特定するとともに、特定された各撮像領域
の画像を取り込む工程と、（６）前記各撮像領域の画像
に対して前記テンプレート画像を用いたパターンマッチ
ングを行なってマッチングパターンをそれぞれ検出する
工程と、（７）前記検索方向に沿った前記第２の撮像領
域を含む複数の撮像領域のそれぞれにおいて検出された
マッチングパターンの所定の基準位置を互いに結ぶ第２
の連結方向を決定する工程と、を備え、前記工程（ｇ）
は、前記第１の連結方向と前記第２の連結方向との角度
差から、前記基準ウェハに対する前記被測定ウェハの相
対的な回転角度を決定する工程、を含む、ことが好まし
い。

【００１３】こうすれば、基準ウェハと被測定ウェハの
相対的な回転角度を比較的高精度に決定することができ
る。

【００１４】上記第２の発明において、さらに、前記基
準ウェハにおける複数のマッチングパターンの基準位置
の座標と、前記被測定ウェハにおける複数のマッチング
パターンの基準位置の座標とに基づいて、前記基準ウェ
ハの座標と前記被測定ウェハの座標との相対関係を決定
する工程、を備えることが好ましい。

【００１５】こうすれば、ウェハの相対的な回転方向の
みでなく、相対的な座標を決定することができる。

【００１６】

【発明の他の態様】この発明は、以下のような他の態様
も含んでいる。第１の態様は、上記の各発明の各工程を
それぞれ対応する手段として実現した装置である。

【００１７】第２の態様は、コンピュータシステムのマ
イクロプロセッサによって実行されることによって、上
記の各発明の各工程または各手段を実現するコンピュー
タプログラムを格納した携帯型の記憶媒体である。

【００１８】第３の態様は、コンピュータシステムのマ
イクロプロセッサによって実行されることによって、上
記の各発明の各工程または各手段を実現するコンピュー
タプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供
給装置である。

【００１９】

【発明の実施の形態】

Ａ．装置の構成：次に、本発明の実施の形態を実施例に
基づき説明する。図１は、この発明の実施例を適用して
半導体ウェハの位置合わせ処理（アラインメント処理）
を行なう機能を有する測定装置の構成を示すブロック図
である。この測定装置は、制御操作ユニット３０と、光
学ユニット４０と、画像処理ユニット５０とを備えてい
る。

【００２０】制御操作ユニット３０は、表示部３１と、
操作部３２と、制御部３３と、ステージ駆動部３４と、
ステージ座標読み込み部３５と、ＸＹステージ３６とを
備えている。表示部３１としては、例えばモニタや液晶
ディスプレイ等が使用される。また、操作部３２として
は、例えばキーボードやマウス等が用いられる。ＸＹス
テージ３６の上には、半導体ウェハＷＦが載置される。
半導体ウェハＷＦの表面には、タイル状に配列された矩
形の複数の半導体チップが形成されている。なお、この
装置は、ＸＹステージ３６を回転させる機構は有してい
ない。

【００２１】光学ユニット４０は、カメラ４１と、光源
４２と、ハーフミラー４３と、対物レンズ４４とを備え
ている。ハーフミラー４３は、光源４２から出射された
光を対物レンズ４４に向けて反射し、ＸＹステージ３６
上の半導体ウェハＷＦに光を照射する。半導体ウェハＷ
Ｆの表面で反射されたは光は、対物レンズ４４とハーフ
ミラー４３とを通過して、カメラ４１に入射する。すな
わち、カメラ４１は、半導体ウェハＷＦの表面の画像を
撮像する。画像としては、多階調画像（グレー画像）を
読取ることが好ましい。なお、この実施例では、カメラ
４１の視野サイズは、半導体ウェハの表面に形成された
半導体チップの１個分のサイズよりも小さい。後で詳述
するように、半導体ウェハＷＦの多階調画像は、画像処
理ユニット５０によって処理され、これによって半導体
ウェハＷＦの回転方向が検出される。画像処理ユニット
５０のモニタ１３６には、半導体ウェハＷＦの一部の撮
像領域の多階調画像が表示される。

【００２２】ユーザが操作部３２を操作してＸＹステー
ジ３６に対する移動指令を入力すると、その指令に応じ
て、制御部３３がステージ駆動部３４を制御してＸＹス
テージ３６をＸ方向とＹ方向に移動させる。また、操作
部３２からステージの座標読み込み指令が入力される
と、その時点のステージ座標情報がステージ座標読み込
み部３５によって読込まれて制御部３３に供給される。
ステージ座標情報は、必要に応じて表示部３１に表示さ
れる。ステージ座標情報は、さらに、双方向の通信経路
３８を介して制御部３３から画像処理ユニット５０にも
供給される。後述するように、画像処理ユニット５０
は、画像処理によって認識されたウェハの回転方向と、
このステージ座標情報とを利用することによって、ウェ
ハの正確な回転方向や測定位置を決定する。

【００２３】図２は、画像処理ユニット５０の内部構成
を示すブロック図である。この画像処理ユニット５０
は、ＣＰＵ１１０と、ＲＯＭ１１４と、ＲＡＭ１１６
と、入出力インタフェイス１４０とが、バスライン１１
２に接続されたコンピュータシステムとして構成されて
いる。入出力インタフェイス１４０には、モニタ１３６
と、磁気ディスク１３８と、通信経路３８とが接続され
ている。

【００２４】ＲＡＭ１１６には、等価回転方向決定手段
１５０と、撮像位置決定手段１５２と、パターンマッチ
ング手段１５４と、角度選択手段１５６と、回転方向決
定手段１５８とを実現するアプリケーションプログラム
が格納されている。これらの各手段の機能については後
述する。

【００２５】なお、これらの各手段の機能を実現するコ
ンピュータプログラム（アプリケーションプログラム）
は、フロッピディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の携帯型の記憶
媒体（可搬型の記憶媒体）からコンピュータシステムの
メインメモリまたは外部記憶装置に転送される。あるい
は、通信経路を介してプログラム供給装置からコンピュ
ータシステムに供給するようにしてもよい。

【００２６】ウェハの回転方向の決定は、基準ウェハを
用いた前処理工程と、被測定ウェハに対する処理工程と
に大別される。以下では、これらの各工程について、そ
れぞれ説明する。

【００２７】Ｂ．基準ウェハを用いた前処理：図３は、
基準ウェハを用いた前処理の手順を示すフローチャート
である。基準ウェハとは、回転方向検出の処理対象とな
る被測定ウェハと同じパターンが形成されたウェハであ
る。一般的には、同一のロットで処理された複数のウェ
ハの１枚を基準ウェハとして使用し、他のウェハが被測
定ウェハとなる。

【００２８】図３のステップＳ１では、ウェハのチップ
寸法と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のチップ個数とをユー
ザが入力する。

【００２９】図４は、半導体ウェハの表面に形成された
チップの配列を示す概念図である。半導体ウェハＷＦの
表面上には、同一サイズの矩形の複数のチップＣＰがタ
イル状に配置される。Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ったチッ
プ個数の偶数と奇数の組合わせは、偶数−偶数、奇数−
偶数、偶数−奇数、奇数−奇数の４通りある。図３
（Ａ）は偶数−偶数の例であり、図３（Ｂ）は、偶数−
奇数の例である。このような４通りの組み合わせのいず
れであるかの情報と、チップの縦横のピッチＬＸ，ＬＹ
から、ウェハの中心Ｏを基準にして、中心付近のチップ
の位置を算出することができる。従って、ステップＳ１
では、少なくともチップ個数の４通りの組合わせのいず
れであるかを示す情報と、チップのピッチＬＸ，ＬＹを
示す情報とが入力される。

【００３０】図３のステップＳ２では、ウェハの中心位
置において多階調画像（グレー画像）がカメラ４１によ
って取り込まれる。ウェハが最初にＸＹステージ３６上
に載置される時には、図４に示すように、ウェハの外周
が、ＸＹステージ３６のウェハ保持アーム３６ａ，３６
ｂで保持されて、ＸＹステージ３６のほぼ中央に位置決
めされる。この状態において、カメラ４１によって撮像
すると、ウェハの中心付近の画像を得ることができる。

【００３１】図５は、ウェハの中心付近を拡大して示す
概念図である。この実施例では、各チップＣＰの右上の
角に、他の３つの角にはない特徴的なパターンＰＴが形
成されているものとする。このパターンＰＴを含む画像
部分は、後述するパターンマッチングにおいて、テンプ
レート画像として利用される。チップＣＰは、直交する
スクライブラインＳＬによって区分されている。ウェハ
表面を撮像して得られた多階調画像では、スクライブラ
インＳＬは暗領域として識別されることもあり、あるい
は、明領域として識別されることもある。いずれの場合
においても、スクライブラインＳＬは、チップＣＰとは
明度が異なる領域として識別可能である。

【００３２】図５には、チップ個数の４種類の組み合わ
せに応じたカメラ４１の視野Ｗ１〜Ｗ４の位置が例示さ
れている。前述したように、カメラ４１の視野サイズ
は、チップ１個分のサイズよりも小さいので、視野内に
１個のチップがすべて含まれることはない。第１の視野
Ｗ１は、チップ個数が偶数−偶数の場合におけるウェハ
中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ１は、スクラ
イブラインＳＬの交点のほぼ中心に位置している。第２
の視野Ｗ２は、チップ個数が偶数−奇数の場合における
ウェハ中央での撮像領域に相当する。この視野Ｗ２は、
２つのチップに挟まれた位置にある。第３の視野Ｗ３
は、チップ個数が奇数−偶数の場合におけるウェハ中央
での撮像領域に相当する。この視野Ｗ３も、チップに挟
まれた位置にある。第４の視野Ｗ４は、チップ個数が奇
数−奇数の場合におけるウェハ中央での撮像領域に相当
する。この視野Ｗ４も、２つのチップのほぼ中央に挟ま
れた位置にある。なお、実際には、基準ウェハは図５の
位置から回転しているので、視野Ｗ１〜Ｗ４は、スクラ
イブラインＳＬで示される正規の方位から傾いた状態と
なる。

【００３３】図３のステップＳ２では、ウェハの中心位
置において画像を取り込むので、図５の視野Ｗ１〜Ｗ４
のいずれかの位置における画像が得られる。この画像
は、次のステップＳ３において、画像内に含まれる直線
部分（スクライブラインＳＬ等）を認識するために使用
される。チップの個数が奇数−奇数の場合には、図５の
第４の視野Ｗ４のように直線部分が含まれない可能性が
高い。そこで、この場合には、チップのピッチＬＸまた
はＬＹの１／２だけウェハの中心からずらした位置にお
いて撮像するようにしてもよい。

【００３４】図３のステップＳ３では、等価回転方向決
定手段１５０（図２）が、画像に含まれる直線エッジ情
報を検出するとともに、その直線エッジ情報から、基準
ウェハの粗回転角度を決定する。「粗回転角度」とは、
直線エッジ情報から得られる比較的低精度の回転角度を
意味する。直線エッジ情報の抽出方法としては、以下に
説明する１次元投影法やソベルオペレータ法等を利用す
ることができる。

【００３５】図６は、１次元投影法による直線エッジ情
報の検出処理を示す説明図である。図６には、水平方向
にのみ直線部分が存在する２次元多階調画像が示されて
いる。１次元投影法では、この２次元多階調画像を種々
の方向に１次元投影して、画素値を加算する。直線部分
に平行な方向に投影した場合には、直線部分が存在する
座標における画素値が大きなピーク値を持つ。一方、直
線部分と平行でない方向に投影した場合には、加算され
た画素値のピーク値はこれよりも小さくなる。このよう
に、２次元画像をさまざまな方向に１次元投影して、画
素値の累算値のピーク値が最大となる投影方向を、直線
部分の方向として決定することができる。投影方向は、
１８０°の範囲にわたる複数の投影方向を選択するよう
にすればよい。この直線部分の方向から、粗回転角度が
決定される。例えば、ステージ座標系（ＸＹステージ３
６に固定された座標系）の所定の方向（例えば時計の３
時方向）を基準方向として、この基準方向から反時計回
りに直線部分の方向まで測った角度を粗回転角度とする
ことができる。

【００３６】図７ないし図９は、ソベルオペレータ法に
よる直線エッジ情報の検出処理を示す説明図である。図
７は、ソベルオペレータによる画像処理の方法を示して
いる。ソベルオペレータ法では、まず、図７（Ａ−１）
または（Ａ−２）に示すような、エッジ画素を含む所定
サイズの画素ブロック（図７の例では、３×３ブロッ
ク）を多階調画像の中から選択する。ここで、「エッジ
画素」は、「８近傍の画素のうちで、少なくとも１つの
画素の画素値が、自分自身（図７（Ａ−１），（Ａ−
２）の中心画素）の画素値と異なっており、かつ、画像
の境界上にない画素」と定義される。図７（Ａ−１）で
は、画像の角部分の画素がエッジ画素として認識される
状態を示しており、図７（Ａ−２）では、直線部分の画
素がエッジ画素として認識される状態を示している。エ
ッジ画素の識別は、３×３ブロックを多階調画像内で走
査し、ブロックの中央画素が上記の定義に合致するか否
かを判断することによって行なわれる。

【００３７】図７（Ｂ−１），（Ｂ−２）は、水平方向
と垂直方向のソベルオペレータをそれぞれ示している。
エッジ画素を含む３×３ブロックに対して、これらの水
平方向オペレータと垂直方向オペレータとをそれぞれ作
用させることによって、水平エッジ値と垂直エッジ値と
がそれぞれ求められる。図７（Ｃ）は、水平方向オペレ
ータを作用させた場合の演算の例を示している。水平方
向オペレータを３×３ブロックの画素値に作用させると
水平エッジ値が得られ、同様にして、垂直方向オペレー
タを３×３ブロックの画素値に作用させると垂直エッジ
値が得られる。

【００３８】図８は、ソベルオペレータを用いて得られ
た水平エッジ値ｘと垂直エッジ値ｙとから、画像の直線
部分の角度を算出する方法を示す説明図である。図８
（Ａ）に示すように、画像の直線部分の角度αは、ｔａ
ｎ^-1（ｙ／ｘ）で与えられる。ここで、角度αは、水平
右向き方向（時計の３時方向）から反時計回りに測った
角度である。例えば、図８（Ｂ）の例では、垂直エッジ
値が０であり水平エッジ値が４なので、角度αは０°で
あると判定できる。また、図８（Ｃ）の例では、垂直エ
ッジ値と水平エッジ値がいずれも１なので、角度αは４
５°であると判定できる。なお、角度αは０°〜１８０
°の範囲の値を取るものとする。１８０°〜３６０°の
範囲は、０°〜１８０°の範囲と等価である。

【００３９】図９は、処理対象となる多階調画像の一例
と、この多階調画像からソベルオペレータ法によって検
出された角度αのヒストグラムを示す説明図である。図
９（Ａ）に示す多階調画像内において、図７（Ａ−１）
または図７（Ａ−２）のようなエッジ画素を中心画素と
する３×３ブロックを検出し、エッジ画素を含む各３×
３ブロックについて図８に示す方法で角度αを決定す
る。図９（Ｂ）は、このようして多数の３×３ブロック
について得られた角度αの頻度を示すヒストグラムであ
る。この例では、４０°と１３０°の位置にピークが存
在し、４０°の位置のピークが最大である。この時、最
大ピーク位置の角度α１を、多階調画像内の直線部分の
回転方向を示す粗回転角度であるとして採用する。

【００４０】なお、上述した１次元投影法やソベルオペ
レータ法を用いて検出された粗回転角度α１には、９０
°の整数倍異なる４つの等価な角度が存在する。換言す
れば、粗回転角度α１は、１／４の不確定さを有してい
る。図１０は、４つの等価回転角度を示す説明図であ
る。図１０（Ａ）に示すように、カメラ４１の視野Ｗ内
にスクライブラインＳＬの交点付近の画像が見えている
場合を考える。この実施例ではカメラ４１の視野サイズ
がチップサイズに比べて小さいので、チップの回転方向
が図１０（Ｂ）〜（Ｅ）の４種類のいずれであるかを画
像データから特定することができない。従って、ウェハ
の正しい回転角度は、９０°おきの４つの等価な回転角
度の中の１つである。図３のステップＳ３においては、
この４つの等価な回転角度の少なくとも１つを粗回転角
度として検出する。等価な回転角度の１つが検出できれ
ば、他の等価な回転角度も検出できたものと考えること
ができる。

【００４１】なお、ステップＳ３において得られる直線
エッジ情報とその粗回転角度は、ほとんどの場合はスク
ライブラインＳＬのものである。但し、スクライブライ
ンＳＬに限らず、ウェハの多階調画像内に存在する直線
的な画像部分に関する直線エッジ情報やその粗回転角度
を検出してもよい。チップ内の回路が有する直線的な部
分は、スクライブラインＳＬに平行なものがほとんどで
ある。従って、スクライブラインＳＬ以外の直線的画像
部分を検出しても、ウェハの粗回転角度を求めることが
できる。

【００４２】ステップＳ４では、ステップＳ３で検出さ
れた直線エッジ情報が信頼できるか否かが判定される。
この判定は、例えば、図６に示す１次元投影法を用いた
場合には、累算画素値のピーク値が所定の閾値以上であ
るか否かによって行なうことができる。また、図７〜図
９に示すソベルオペレータ法を用いた場合には、図９
（Ｂ）のヒストグラムのピーク値が所定の閾値以上であ
るか否かによって判定することができる。あるいは、モ
ニタ１３６にウェハの画像を表示しておけば、はっきり
とした直線エッジが画像内に含まれるか否かをユーザが
目視で判定することができる。直線エッジ情報が信頼で
きないものである場合には、ステップＳ５において、Ｘ
Ｙステージ３６を所定量（例えば１視野分）だけ移動さ
せ、ウェハ中心付近の別の位置において多階調画像を取
り込む。そして、ステップＳ３を再度実行することによ
って直線エッジ情報を検出し、粗回転角度α１を求め
る。

【００４３】こうして、粗回転角度α１が求められる
と、ステップＳ６において、撮像位置決定手段１５２
が、ウェハの中心付近においてスクライブラインＳＬの
交点位置を視野に含むように、ＸＹステージ３６の目標
位置座標を算出して移動させる。前述したように、Ｘ軸
方向とＹ軸方向に沿ったチップの個数の４種類の組み合
わせ（偶数−偶数、偶数−奇数、奇数−偶数、奇数−奇
数）によって、ウェハの中心における初期の視野の位置
は図５に示す４つの視野Ｗ１〜Ｗ４の位置にほぼ決まっ
ている。撮像位置決定手段１５２（図２）は、ステップ
Ｓ３で得られた粗回転角度αと、チップの寸法（ピッチ
ＬＸ，ＬＹ）と、チップの個数情報から、Ｘ方向とＹ方
向にそれぞれどの程度移動させればスクライブラインＳ
Ｌの交点位置を視野内に含む位置に移動できるかを算出
する。画像処理ユニット５０は、この移動量を制御部３
３（図１）に通知して、ＸＹステージ３６を移動させ
る。その後、カメラ４１によって多階調画像を再度撮像
する。なお、粗回転角度α１には１／４の不確定さがあ
るので、１回の移動によって、視野の中心がスクライブ
ラインＳＬの交点位置に到達できるとは限らない。この
場合には、例えばウェハの中央位置を中心として９０°
回転した方向に移動方向を変更して、同じ距離だけ移動
すれば、スクライブラインＳＬの交点位置に視野（すな
わち撮像領域）の中心を移動させることができる。図１
１は、スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中心を
移動させた状態を示している。図１１に示したように、
ウェハの直線部分（スクライブラインＳＬ）の方向は、
ステージ座標系の基準方向Ｄｓから粗回転角度α１だけ
回転している。

【００４４】ステップＳ６においてカメラ４１で取り込
んだ画像はモニタ１３６に表示される。ステップＳ６で
は、さらに、撮像位置決定手段１５２が、スクライブラ
インＳＬの交点の正確な位置（座標値）の実測値を求め
る。スクライブラインＳＬの交点位置の座標は、後に、
被測定ウェハにおいて対応する交点位置において撮像す
る際に使用される。基準ウェハのスクライブラインＳＬ
の交点位置は、例えば、図１１に示す、カメラ４１の視
野Ｗａの中心点Ｐａの座標で代表される。この点Ｐａの
位置は、ユーザがモニタ１３６に表示された画像上にお
いて、マウス等のポインティングデバイスを用い、カー
ソルを移動させて指定することができる。あるいは、カ
メラ４１で取り込んだ多階調画像を処理することによっ
て、スクライブラインＳＬの交点の中心位置の座標を自
動的に決定することも可能である。画像処理で交点の中
心位置を求める場合には、まず、前述したステップＳ３
と同様な方法に従って直線エッジを検出する。そして、
スクライブラインＳＬのエッジを近似した直線を求め
る。さらに、これらの近似直線で構成される４つの角部
の中心位置を、スクライブラインＳＬの交点位置として
決定する。なお、視野Ｗａの中心位置の座標は、ステー
ジ座標読み込み部３５（図１）で取り込まれたステージ
座標系の座標（ステージに固定された座標）である。視
野Ｗａ（すなわち取込まれた画像）内の任意の位置のス
テージ座標系の座標は、この座標値から容易に算出でき
る。

【００４５】図３のステップＳ７では、ステップＳ６で
取り込まれた画像を時計回りに粗回転角度α１だけ回転
させる画像処理を行い、回転後の画像の中からパターン
マッチング用のモデルパターン（「テンプレート画像」
とも呼ぶ）を切り出して登録する。図１２は、モデルパ
ターンＭＰａの登録の様子を示す説明図である。ステッ
プＳ７では、まず、スクライブラインＳＬ交点位置にお
ける多階調画像（図１２（Ａ））を、図１２（Ｂ）に示
すように粗回転角度α１だけ時計回りに回転させて、回
転後の画像をモニタ１３６に表示する。画像の回転は、
アフィン変換によって実行される。ユーザは、表示され
た画像を観察して、モデルパターンＭＰａとして使用で
きるパターンが存在するか否かを判断する。モデルパタ
ーンＭＰａとして使用できるパターンとは、そのパター
ンの向きから、粗回転角度α１として等価な４つ等価回
転角度の中の１つを選択できるようなパターンを意味す
る。モデルパターンＭＰａとしては、９０°の整数倍の
回転対称性が無いパターンが好ましい。換言すれば、９
０°の整数倍の回転対称性（９０°，１８０°，２７０
°の回転対称性）のいずれかを有するパターンは、モデ
ルパターンＭＰａとしては不適切である。スクライブラ
インＳＬの交点付近の視野Ｗａには、隣接する４つのチ
ップのそれぞれの角部が含まれるので、これらの４つの
角部の内の１つにのみ含まれる特有のパターンをモデル
パターンＭＰａとして登録することができる。

【００４６】現在の視野Ｗａ内にモデルパターンＭＰａ
として使用できるパターンが存在しない場合には、カメ
ラ４１で取り込んだ画像をモニタ１３６に表示して観察
しながら、ＸＹステージ３６を少しずつ移動させる。そ
して、モデルパターンＭＰａとして使用できるパターン
が視野内に入る状態に設定する。

【００４７】現在の視野Ｗａ内にモデルパターンＭＰａ
として使用できるパターンが存在する場合には、図１２
（Ｂ），（Ｃ）に示すように、回転後の画像内からモデ
ルパターンＭＰａを切り出す。モデルパターンＭＰａの
範囲は、ユーザがマウス等のポインティングデバイスを
用いて指定する。モデルパターンＭＰａは、スクライブ
ラインＳＬの交点付近に存在すれば望ましいが、必ずし
も交点付近に存在しなくても良い。

【００４８】図３のステップＳ８では、ユーザが、回転
して切り出したモデルパターンＭＰａの所定の方向（例
えば時計の３時の方向）を、ウェハ座標系の基準方向
（０°方向）Ｄw1と定めることによって、粗回転角度α
１の不確定性を取り除く。例えば、図１２（Ｂ）に示す
ように、粗回転角度α１だけ時計廻りに回転した画像に
おいて、時計の３時方向がウェハ座標系の基準方向Ｄw1
として設定される。なお、ユーザが指定せずに、自動的
に時計の３時方向が基準方向Ｄw1として設定されるよう
にしてもよい。ウェハの回転角度は、ステージ座標系の
基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基準方向Ｄw1までの
角度である。従って、図１２（Ｂ）の場合には、基準ウ
ェハの回転角度は、粗回転角度α１に等しい。なお、ウ
ェハ座標系の基準方向を、時計の３時方向以外の方向に
選択した場合には、基準ウェハの回転角度はα１とは異
なる値となる。しかし、この場合にも、粗回転角度α１
に所定の値を加算または減算した値が基準ウェハの回転
角度になる。例えば、図１２（Ｂ）の状態において、時
計の１２時方向がウェハ座標系の基準方向として選択さ
れた場合には、基準ウェハの回転角度は、（α１＋９０
°）となる。

【００４９】図３のステップＳ９では、切り出されたモ
デルパターンＭＰａを、粗回転角度α１とともに登録す
る。この時、モデルパターンＭＰａの所定位置にある基
準点（例えば左上点Ｑａ）の座標も登録される（図１２
（Ｃ））。なお、基準点Ｑａの座標は、例えばウェハの
中心を原点とした座標値で表わされる。

【００５０】ステップＳ１０では、隣接するチップのス
クライブライン交点位置に撮像領域が来るようにＸＹス
テージ３６を移動させて画像を撮像する。そして、この
画像について、パターンマッチングを行なうことによっ
て、モデルパターンＭＰａと同じパターン（マッチング
パターン）を検出する。図１３は、ステップＳ１０の処
理内容を示す説明図である。この例では、モデルパター
ンＭＰａの登録を行なった交点位置から斜め右下に隣接
する交点位置に視野Ｗｂを移動させている。隣接するチ
ップのスクライブライン交点位置は、縦、横、斜めのい
ずれの方向に隣接していてもよい。この視野（撮像領
域）Ｗｂにおける画像の中から、モデルパターンＭＰａ
にマッチングするマッチングパターンＭＰｂを検出す
る。

【００５１】ステップＳ１０では、マッチングパターン
ＭＰｂを検出した後に、その基準点Ｑｂの座標も算出す
る。そして、パターンＭＰａ，ＭＰｂの基準点Ｑａ，Ｑ
ｂ同士を結ぶ直線Ｌ１の方向として、第２の基準点Ｑｂ
から第１の基準点Ｑａに向う方向（基準点の連結方向）
ＤL1を特定する。この連結方向ＤL1の回転角度（ステー
ジ座標系の基準方向Ｄｓから反時計回りに測った角度）
θ１を算出する。なお、基準点Ｑａ，Ｑｂの座標は、ス
テージ座標系の座標として求められているので、連結方
向ＤL1の回転角度θ１は、これらの座標から簡単な計算
で求めることができる。

【００５２】図１２（Ｂ）に示す粗回転角度α１の代り
に、基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１を基準ウェハ
の回転角度として使用することも可能である。２つの回
転角度の違いは、ウェハ座標系の基準方向としてどの方
向を選択するか、に起因するものであり、いずれを回転
角度として定義してもよい。但し、マッチングパターン
の基準点の連結方向の回転角度θ１の方が、粗回転角度
α１よりも高精度に決定できるという利点がある。

【００５３】ステップＳ１０では、さらに、２つのマッ
チングパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂの座標
も算出される。

【００５４】以上の基準ウェハに関する前処理によっ
て、以下のデータが登録される。 （ａ）基準ウェハの回転角度α１； （ｂ）モデルパターンＭＰａの画像データ（テンプレー
トデータ）； （ｃ）２つの撮像領域の所定点Ｐａ，Ｐｂの座標値； （ｄ）２つのマッチングパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの
座標値； （ｅ）２つのパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂの中点Ｑａｂ
の座標値； （ｆ）２つのパターンの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結方
向の回転角度θ１。 これらのデータは、以下に説明する被測定ウェハの処理
の際に使用される。

【００５５】なお、基準ウェハに関しては、図１に示す
装置を用いて種々の測定等の所定の処理が行なわれる。
例えば、図１に示す装置が膜厚計である場合には、基準
ウェハ内の複数の測定位置においてウェハ表面の膜厚が
測定される。この時、各測定位置の座標は、ウェハ座標
系の座標として登録される。

【００５６】Ｂ．被測定ウェハの処理：被測定ウェハ
は、基準ウェハと同じ位置において同じ処理（例えば膜
厚測定）が実行される。しかし、被測定ウェハがＸＹス
テージ３６に載置された時には、被測定ウェハの回転角
度が不明なので、基準ウェハと同じ測定位置になるよう
に、ＸＹステージ３６の位置を移動させることができな
い。そこで、各被測定ウェハについての測定処理を実行
する前に、以下の手順によって、その被測定ウェハの回
転角度を決定する。この回転角度を用いて測定位置の座
標を補正（座標変換）すれば、被測定ウェハについて
も、基準ウェハと同じ測定位置において測定を行うこと
ができる。

【００５７】図１４は、被測定ウェハの回転角度を決定
する手順を示す説明図である。ステップＳ１〜Ｓ６まで
の処理は、図３に示した基準ウェハに関する処理と同じ
である。これによって、ウェハの中心近くのスクライブ
ライン交点の画像が取り込まれる。図１５は、被測定ウ
ェハに設定された視野の一例を示している。ここでは、
視野Ｗｃを撮像領域とした画像が取込まれる。ステップ
Ｓ３においては、粗回転角度α２prが検出されている。
なお、この粗回転角度α２prは、９０°の整数倍の不確
定さを有している。被測定ウェハにおいては、不確定さ
を取除く前の粗回転角度を「予備回転角度」とも呼ぶ。
この名前は、不確定さを含む予備的な回転角度であるこ
とを意味している。

【００５８】ステップＳ２１では、パターンマッチング
手段１５４（図２）が、この視野Ｗｃ内の画像に関し
て、基準ウェハの前処理において予め登録したモデルパ
ターンＭＰａを用いたパターンマッチング処理を行な
い、予備回転角度α２prの不確定さを解消する。

【００５９】図１６は、被測定ウェハに関するパターン
マッチングの方法を示す説明図である。まず、図１６
（Ａ）に示す読み取られた画像を、アフィン変換によっ
て予備回転角度α２prだけ時計廻りに回転して、図１６
（Ｂ）に示すような画像を作成する。そして、回転後の
画像内において、モデルパターンＭＰａとマッチングす
るパターンをパターンマッチング処理によって検出す
る。この時、図１６（Ｃ）に示すように、９０°ずつ回
転した４つのモデルパターンをテンプレート画像として
予め作成しておくことが好ましい。そして、これらの４
つのテンプレート画像の中で、マッチング度が最も高く
なるテンプレート画像を決定し、これにマッチングした
パターン（マッチングパターン）の位置座標を検出す
る。図１６（Ｂ）の例では、１８０°回転のテンプレー
ト画像のマッチング度が最も高い。従って、この被測定
ウェハの粗回転角度α２は、（α２pr＋１８０°）であ
ることが決定される。すなわち、テンプレートマッチン
グによって、予備回転角度α２prの不確定さを解消し
て、粗回転角度α２の値を決定することができる。

【００６０】図１７は、被測定ウェハにおけるウェハの
予備回転角度α２prと粗回転角度α２との関係を示す説
明図である。予備回転角度α２prは、ステージ座標系の
基準方向Ｄｓから、ウェハの直線部分（スクライブライ
ンＳＬ）の方向までの角度である。粗回転角度α２は、
ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座標系の基
準方向Ｄw2まで反時計回りに測った角度である。ウェハ
座標系の基準方向Ｄw2は、マッチングパターンＭＰｃが
正立（図１６（Ｃ）の最初のテンプレートの向きに）し
た時に、時計の３時方向を向く方向であると定義されて
いる。予備回転角度α２prは、ウェハの直線部分から決
定されていただけなので、この例では、予備回転角度α
２prと粗回転角度α２とは１８０°の差がある。もちろ
ん、これらの角度α２pr，α２が等しい場合もある。

【００６１】被測定ウェハ内の測定位置は、粗回転角度
α２と、ウェハの中心位置から決定することができる。
しかし、基準ウェハとの相対的な回転角度をより正確に
求めることによって、測定位置をより正確に決定するこ
とができる。このために、ステップＳ２１では、検出さ
れたマッチングパターンＭＰｃの基準点Ｑｃ（図１７）
の座標を算出して登録する。

【００６２】ステップＳ２２では、基準ウェハにおいて
求めた基準点の連結方向（角度θ１の方向）に隣接する
スクライブライン交点位置を視野内に含むように、ＸＹ
ステージ３６を移動して、画像を取り込む。この際、基
準ウェハの粗回転角度α１と被測定ウェハの粗回転角度
α２との差から、被測定ウェハにおける基準点の連結方
向が求められる。また、２番目のスクライブラインの交
点位置を視野とするためのステージ座標は、１番目の交
点位置Ｐｃの座標と、基準ウェハにおける２つ交点位置
Ｐａ，Ｐｂの座標とから算出される。

【００６３】図１８は、被測定ウェハにおいて設定され
た２つの視野の関係を示す説明図である。被測定ウェハ
の２つのスクライブライン交点位置Ｐｃ，Ｐｄの位置関
係は、ウェハ座標系において、基準ウェハの２つのスク
ライブライン交点位置Ｐａ，Ｐｂの位置関係と同じであ
る。従って、２番目の交点位置Ｐｄは、最初の交点位置
Ｐｃから、基準ウェハの直線Ｌ１に相当する直線Ｌ２の
方向に沿った方向に存在する。２番目の交点位置Ｐｄに
ＸＹステージ３６を移動させる移動量は、基準ウェハの
２つの基準点Ｑａ，Ｑｂの座標値の差分と同じである。
こうして、図１８の２番目の視野Ｗｄが設定されて、そ
の画像が読み取られる。

【００６４】図１４のステップＳ２３では、この視野Ｗ
ｄ内の画像についてモデルパターンＭＰａとのパターン
マッチングを行ない、モデルパターンＭＰａと最も一致
したマッチングパターンＭＰｄの基準点Ｑｄの座標を求
める。また、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの中点Ｑｃｄの座
標も算出される。

【００６５】ステップＳ２４では、回転方向決定手段１
５８（図２）が、２つの基準点Ｑｃ，Ｑｄの連結方向Ｄ
L2の回転角度θ２を求める。この回転角度θ２は、ステ
ージ座標系の基準方向Ｄｓから、基準点の連結方向ＤL2
まで反時計回りに測定した角度である。被測定ウェハに
おける基準点の連結方向ＤL2の回転角度θ２と、基準ウ
ェハにおける基準点の連結方向ＤL1の回転角度θ１とを
用いて、両者の相対的な回転角度を高精度に決定するこ
とができる。

【００６６】図１９は、高精度な相対回転角度を求める
方法を示す説明図である。図１９（Ａ）は、基準ウェハ
に関して得られた２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ
１を示している。これらの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ連結
方向ＤL1は、第２の基準点Ｑｂから第１の基準点Ｑａに
向う方向に取られている。この連結方向ＤL1の回転角度
θ１は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから連結方向Ｄ
L1まで反時計回りに測った角度である。図１９（Ｂ）
は、被測定ウェハに関して得られた２つの基準点Ｑｃ，
Ｑｄを結ぶ直線Ｌ２を示している。これらの基準点Ｑ
ｃ，Ｑｄを結ぶ連結方向ＤL2も、第２の基準点Ｑｄから
第１の基準点Ｑｃに向う方向に取られている。この連結
方向ＤL2の回転角度θ２も、ステージ座標系の基準方向
Ｄｓから連結方向ＤL2まで反時計回りに測った角度であ
る。このように、基準ウェハにおける連結方向ＤL1の回
転角度θ１も、被測定ウェハにおける連結方向ＤL2の回
転角度θ２も、いずれも同じ定義に従って決定されてい
る。従って、これらの差分△θ＝θ２−θ１を求めるこ
とによって、これを、基準ウェハと被測定ウェハとの相
対的な回転角度として採用することができる。

【００６７】ところで、被測定ウェハの回転角度（回転
方向）を決める方法としては、他の方法も考えられる。
図２０は、粗回転角度α１，α２を用いた粗い相対回転
角度の決定方法を示す説明図である。粗回転角度α１，
α２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウェハ座
標系の基準方向Ｄw1，Ｄw2まで反時計回りに測った角度
である。従って、粗回転角度の差分△α＝α２−α１
を、基準ウェハと被測定ウェハとの相対的な回転角度と
することができる。但し、上述した回転角度θ１、θ２
の方が、粗回転角度α１，α２よりも精度が高いので、
その相対回転角度△θも、粗回転角度から決定された相
対回転角度△αよりも精度が高い。

【００６８】回転方向決定手段１５８が被測定ウェハの
回転角度（回転方向）を決定する方法としては、上述の
方法も含めて、以下のような種々の方法が考えられる。

【００６９】方法１：基準ウェハの高精度回転角度θ１
と、被測定ウェハの高精度回転角度θ２との差分△θか
ら、両者の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。
この方法１は、図１９に示したものである。この方法に
よれば、相対的な回転角度（回転方向）を高精度に決定
できるという利点がある。

【００７０】方法２：基準ウェハの粗回転角度α１と、
被測定ウェハの粗回転角度α２との差分△αから、両者
の相対的な回転角度（回転方向）を決定する。この方法
２は、図２０に示したものである。この方法を用いる場
合には、基準ウェハや被測定ウェハにおいて、少なくと
も１カ所の画像でパターンマッチングを行えばよい。従
って、処理を高速化できるという利点がある。

【００７１】方法３：被測定ウェハの高精度回転角度θ
２そのものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）と
して利用する。図１９（Ｂ）から解るように、高精度回
転角度θ２は、ステージ座標系の基準方向Ｄｓから、ウ
ェハ座標系の連結方向ＤL2までの回転角度である。従っ
て、被測定ウェハは、ステージ座標系の基準方向Ｄｓか
らθ２だけ回転しているものと考えることが可能であ
る。なお、方法３の変形として、高精度回転角度θ２に
一定値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転
角度（回転方向）としてもよい。この方法３によれば、
基準ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ
座標系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回
転方向）を高精度に決定できるという利点がある。

【００７２】方法４：被測定ウェハの粗回転角度α２そ
のものを、被測定ウェハの回転角度（回転方向）とす
る。この場合も、方法３と同様に、回転角度α２に一定
値を加算または減算した値を、被測定ウェハの回転角度
（回転方向）としてもよい。この方法４によれば、基準
ウェハからの相対的な回転角度ではなく、ステージ座標
系の所定の基準方向Ｄｓを基準とした回転角度（回転方
向）を高速に決定できるという利点がある。

【００７３】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００７４】（１）上記実施例では、高精度な回転角度
θ１，θ２を求める際に、２つの撮像領域においてパタ
ーンマッチングを行うことによって、２つのマッチング
パターンを検出していた。しかし、パターンマッチング
を行う撮像領域は２つに限らず、同じ方向（検索方向）
に並ぶ３つ以上の撮像領域においてマッチングパターン
をそれぞれ検出するようにしてもよい。この場合には、
３つ以上のマッチングパターンの各基準点を結ぶような
直線Ｌ２を、最小２乗法で求めるようにすればよい。こ
うすれば、回転角度θ１，θ２をより高精度に決定する
ことができる。

【００７５】（２）基準ウェハのマッチングパターンＭ
Ｐａ，ＭＰｂの２つの基準点Ｑａ，Ｑｂを結ぶ直線Ｌ１
上の所定の点（例えば図１９（Ａ）に示す基準点の中点
Ｑａｂ）の座標と、被測定ウェハにおける対応する点
（図１９（Ｂ）に示す中点Ｑｃｄ）の座標から、基準ウ
ェハと被測定ウェハの相対的な位置座標を求めるように
してもよい。こうすれば、両者の相対的な回転角度のみ
でなく、相対的な位置座標も求めることができる。

【００７６】（３）上記実施例では、装置にウェハの回
転機構が備えられていない場合について説明したが、回
転機構を有する装置に対しても本発明を適用することが
可能である。本発明によれば、回転機能を有する装置に
おいても、ウェハの回転方向（回転角度）を画像処理に
よって検出することが可能なので、回転方向の検出処理
が簡単であり、また、高速に処理できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を適用して半導体ウェハの位
置合わせ処理（アラインメント処理）を行なう機能を有
する測定装置の構成を示すブロック図。

【図２】画像処理ユニット５０の内部構成を示すブロッ
ク図。

【図３】基準ウェハを用いた前処理の手順を示すフロー
チャート。

【図４】半導体ウェハＷＦ内に形成された複数のチップ
の配列の様子を示す概念図。

【図５】ウェハの中心付近を拡大して示す概念図。

【図６】１次元投影法による直線エッジ情報の検出処理
を示す説明図。

【図７】ソベルオペレータによる画像処理の方法を示す
説明図。

【図８】ソベルオペレータを用いて得られた水平エッジ
値と垂直エッジ値とから、画像の直線部分の角度を算出
する方法を示す説明図。

【図９】処理対象となる多階調画像の一例と、この多階
調画像からソベルオペレータ法によって検出された角度
のヒストグラムを示す説明図。

【図１０】４つの等価回転角度を示す説明図。

【図１１】スクライブラインＳＬの交点位置に視野の中
心を移動させた状態を示す説明図。

【図１２】モデルパターンＭＰａの登録の様子を示す説
明図。

【図１３】ステップＳ１０の処理内容を示す説明図。

【図１４】被測定ウェハの回転角度を決定する手順を示
すフローチャート。

【図１５】被測定ウェハにおいて設定される視野の一例
を示す説明図。

【図１６】被測定ウェハに関するパターンマッチングの
方法を示す説明図。

【図１７】被測定ウェハにおけるウェハの予備回転角度
α２prと粗回転角度α２との関係を示す説明図。

【図１８】被測定ウェハにおいて設定された２つの視野
の関係を示す説明図。

【図１９】高精度な相対回転角度を求める方法を示す説
明図。

【図２０】粗い相対回転角度を求める方法を示す説明
図。

【符号の説明】

３０…制御操作ユニット ３１…表示部 ３２…操作部 ３３…制御部 ３４…ステージ駆動部 ３５…ステージ座標読み取り部 ３６…ＸＹステージ ３６ａ，３６ｂ…ウェハ保持アーム ３８…通信経路 ４０…光学ユニット ４１…カメラ ４２…光源 ４３…ハーフミラー ４４…対物レンズ ５０…画像処理ユニット １１０…ＣＰＵ １１２…バスライン １１４…ＲＯＭ １１６…ＲＡＭ １３６…モニタ １３８…磁気ディスク １４０…入出力インタフェイス １５０…等価回転角度決定手段 １５２…撮像位置決定手段 １５４…パターンマッチング手段 １５６…角度選択手段 １５８…回転方向決定手段 ＤL1，ＤL2…基準点連結方向 Ｄw1，Ｄw2…ウェハ座標系の基準方向 Ｄｓ…ステージ座標系の基準方向 α１，α２…粗回転角度 θ１，θ２…高精度回転角度

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハの回転方向を検出する方法であっ
   て、（ａ）画像のパターンマッチングに用いるテンプレ
   ート画像を準備する工程と、（ｂ）被測定ウェハ表面の
   一部の撮像領域の画像を取り込む工程と、（ｃ）前記画
   像に含まれる直線部分を分析することによって、前記被
   測定ウェハが取り得る回転角度として、互いに９０度の
   整数倍異なる４つの等価回転角度を決定する工程と、
   （ｄ）前記画像に対して前記テンプレート画像を用いた
   パターンマッチングを行なうことによってマッチングパ
   ターンを検出し、前記マッチングパターンの方向に基づ
   いて前記４つの等価回転角度の中から１つを選択する工
   程と、（ｅ）前記選択された等価回転角度から前記被測
   定ウェハの回転方向を決定する工程と、を備えることを
   特徴とするウェハの回転方向検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウェハの回転方向検出方
   法であって、 前記工程（ａ）は、（１）基準ウェハ表面の一部の撮像
   領域の画像を取り込む工程と、（２）前記画像に含まれ
   る直線部分を分析することによって、前記基準ウェハが
   取り得る回転角度として、互いに９０度の整数倍異なる
   ４つの等価回転角度を決定する工程と、（３）前記画像
   の一部からテンプレート画像を抽出する工程と、（４）
   前記テンプレート画像の向きとの関連から、前記４つの
   等価回転角度の中から１つを選択する工程と、を備え、 前記工程（ｅ）は、 前記基準ウェハに対して選択された等価回転角度と、前
   記被測定ウェハに対して選択された等価回転角度との差
   を求めることによって、前記基準ウェハに対する前記被
   測定ウェハの相対的な回転角度を決定する工程、を含
   む、ウェハの回転方向検出方法。
3. 【請求項３】 ウェハの回転方向を検出する方法であっ
   て、（ａ）画像のパターンマッチングに用いるテンプレ
   ート画像を準備する工程と、（ｂ）被測定ウェハ表面の
   一部の第１の撮像領域の第１の画像を取り込む工程と、
   （ｃ）前記第１の画像に含まれる直線部分を分析するこ
   とによって、前記被測定ウェハが取り得る回転角度とし
   て、互いに９０度の整数倍異なる４つの等価回転角度を
   決定する工程と、（ｄ）前記第１の画像に対して前記テ
   ンプレート画像を用いたパターンマッチングを行なうこ
   とによってマッチングパターンを検出するとともに、前
   記マッチングパターンの方向に基づいて前記４つの等価
   回転角度の中から１つを選択する工程と、（ｅ）選択さ
   れた等価回転角度に基づいて前記第１の撮像領域から所
   定の検索方向を特定し、前記検索方向に沿った所定の位
   置に存在する少なくとも他の１つの撮像領域を特定する
   とともに、特定された各撮像領域の画像を取り込む工程
   と、（ｆ）前記各撮像領域の画像に対して前記テンプレ
   ート画像を用いたパターンマッチングを行なってマッチ
   ングパターンをそれぞれ検出する工程と、（ｇ）前記検
   索方向に沿った前記第１の撮像領域を含む複数の撮像領
   域のそれぞれにおいて検出されたマッチングパターンの
   所定の基準位置を互いに結ぶ第１の連結方向を求め、前
   記第１の連結方向から前記被測定ウェハの回転方向を決
   定する工程と、を備えることを特徴とするウェハの回転
   方向検出方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のウェハの回転方向検出方
   法であって、 前記工程（ａ）は、（１）基準ウェハ表面の一部の第２
   の撮像領域の第２の画像を取り込む工程と、（２）前記
   第２の画像に含まれる直線部分を分析することによっ
   て、前記基準ウェハが取り得る回転角度として、互いに
   ９０度の整数倍異なる４つの等価回転角度を決定する工
   程と、（３）前記第２の画像の一部から前記テンプレー
   ト画像を抽出する工程と、（４）前記テンプレート画像
   の向きとの関連から、前記４つの等価回転角度の中から
   １つを選択する工程と、（５）選択された等価回転角度
   に基づいて、前記第２の撮像領域から所定の検索方向を
   特定し、前記検索方向に沿った所定の位置に存在する少
   なくとも他の１つの撮像領域を特定するとともに、特定
   された各撮像領域の画像を取り込む工程と、（６）前記
   各撮像領域の画像に対して前記テンプレート画像を用い
   たパターンマッチングを行なってマッチングパターンを
   それぞれ検出する工程と、（７）前記検索方向に沿った
   前記第２の撮像領域を含む複数の撮像領域のそれぞれに
   おいて検出されたマッチングパターンの所定の基準位置
   を互いに結ぶ第２の連結方向を決定する工程と、を備
   え、 前記工程（ｇ）は、 前記第１の連結方向と前記第２の連結方向との角度差か
   ら、前記基準ウェハに対する前記被測定ウェハの相対的
   な回転角度を決定する工程、を含む、ウェハの回転方向
   検出方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載のウェハの回転方向検出方
   法であって、さらに、 前記基準ウェハにおける複数のマッチングパターンの基
   準位置の座標と、前記被測定ウェハにおける複数のマッ
   チングパターンの基準位置の座標とに基づいて、前記基
   準ウェハの座標と前記被測定ウェハの座標との相対関係
   を決定する工程、を備えるウェハの回転方向検出方法。